[논문 리뷰] Towards the Human Digital Twin: Definition and Design -- A survey

Martin Wolfgang Lauer-Schmaltz, Philip Cash외 2명|arXiv (Cornell University)|2024. 02. 03.

Digital Transformation in Industry인용 수 9

한 줄 요약

본 고찰은 Human Digital Twins (HDTs)를 정의하고 이를 네 가지 유형으로 분류하며, 향후 HDT 개발을 안내하기 위한 교차 도메인 설계 도전 과제와 고려사항을 식별한다.

ABSTRACT

Human Digital Twins (HDTs) are a fast-emerging technology with significant potential in fields ranging from healthcare to sports. HDTs extend the traditional understanding of Digital Twins by representing humans as the underlying physical entity. This has introduced several significant challenges, including ambiguity in the definition of HDTs and a lack of guidance for their design. This survey brings together the recent advances in the field of HDTs to guide future developers by proposing a first cross-domain definition of HDTs based on their characteristics, as well as eleven key design considerations that emerge from the associated challenges.

연구 동기 및 목표

• 개별 사례를 넘어선 교차 도메인 관점에서의 Human Digital Twins (HDTs)의 정의를 명확히 한다.
• HDT 범주를 식별하고 이를 전통적 Digital Twins (DTs)와 구분한다.
• HDT에서 emergent technical, 인식 관련, 윤리적 도전과제를 강조한다.
• 다영역에 걸친 HDT 개발을 위한 eleven 가지의 핵심 설계 고려사항을 도출한다.

제안 방법

• 2021년까지 Scopus, Web of Science, PubMed에서 HDT 관련 논문에 대한 체계적 문헌고찰(PRISMA)을 수행한다.
• HDTs를 human-in-the-loop, physiological, mechanistic, cognitive의 네 가지 범주로 분류한다.
• 검토된 문헌으로부터 교차 도메인 특성, 도전 과제 및 설계 시사점을 종합한다.

Figure 1: Comparison of the three digital concepts for digitally representing a physical entity. The concepts differ in the development of the connecting data thread.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HDT를 일반적이고 교차 도메인 맥락에서 어떻게 정의하고 개념화할 수 있는가?
• RQ2 문헌에서 나타나는 HDT의 범주는 무엇이며, 그것들이 전통적 DTs와 어떻게 다른가?
• RQ3 HDT와 전통적 DT 사이의 차이에서 어떤 중요한 도전 과제가 나타나는가?
• RQ4 이러한 도전 과제로부터 어떤 HDT 설계 고려사항이 도출되는가?

주요 결과

• HDTs는 인지, 생리, 행동과 같은 인간 요소를 통합하여 DTs를 확장하고, 새로운 설계 고려사항을 도입한다.
• 네 가지 HDT 범주가 확인된다: human-in-the-loop, physiological, mechanistic, and cognitive HDTs.
• HDT는 인간의 복잡성 및 역학으로 인한 기술적 개념화 도전과제와 함께 인식, 수용 및 윤리 문제를 포함한 도전과제에 직면한다.
• 데이터 품질, 의사 결정 과정의 투명성, 그리고 사용자 인터페이스 설계는 HDT에 대한 신뢰와 수용에 결정적으로 영향을 미친다.
• HDT 적용 간 표준화가 제한되어 데이터 교환 및 상호운용성을 복잡하게 한다.

Figure 2: Typical Digital Twin framework in conventional application domains. The physical object is monitored using sensors, a continuously updated digital representation is stored using a database, simulations based on Artificial Intelligence are performed and corresponding feedback is provided to